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比萨斜塔倾斜的原因(比萨斜塔为什么倾斜不倒)

你见过中世纪七大奇迹之一,风靡世界的比萨斜塔吗?它在哪个国家?它什么神奇之处?已有八百多年历史的比萨斜塔,至今仍以1mm/年的速度倾斜着。神奇的是,它始终不倒,这也成了世界建筑史上的谜题。那为什么它一直倾斜而不到呢?今天,奥秘世界小编,就和你一起研究一下,比萨斜塔在哪个国家,比萨斜塔为什么倾斜不倒。
 
比萨斜塔倾斜的原因(比萨斜塔为什么倾斜不倒)插图
 
比萨斜塔在哪个国家,比萨斜塔简介
比萨斜塔原是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼,位于意大利托斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上。意大利比萨斜塔修建于1173年,它由著名建筑师那诺•皮萨诺主持修建。它位于罗马式大教堂后面右侧,是比萨城的标志。开始时,塔高设计为100米左右,但动工五六年后,塔身从三层开始倾斜,直到完工还在持续倾斜,在其关闭之前,塔顶已南倾(即塔顶偏离垂直线)3.5米。1990年,意大利政府将其关闭,开始进行整修工作。建成后的塔当然是斜的,但正因为是斜的,因此才成了奇迹,而且连比萨城也跟着出了名。比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米,从地面到塔顶高55米,钟楼墙体在地面上的宽度是4.09米,在塔顶宽2.48米,总重约14453吨,重心在地基上方22.6米处。圆形地基面积为285平方米,对地面的平均压强为497千帕。倾斜角度3.99度,偏离地基外沿2.5米,顶层突出4.5米。斜塔顶部有很多个钟。
 
比萨斜塔倾斜的原因(比萨斜塔为什么倾斜不倒)插图(1)
 
比萨斜塔倾斜的原因
比萨斜塔倾斜的奥秘,引起了世界各国建筑学家和科学家的兴趣,很多人做过详实的考查和精密的推算,却至今也没有人能够准确地解释这一现象。比萨斜塔为什么是斜的?为什么历经八百多年能斜而不倒?
有人曾一度认为钟楼是故意被设计成倾斜的,但是事实并非如此。作为比萨大教堂的钟楼,1173年8月9日开始建造时的设计是垂直竖立的,原设计为8层,高54.8米,它独特的白色闪光的中世纪风格建筑物,即使后来没有倾斜,也将会是欧洲最值得注意的钟楼之一。比萨斜塔为什么会倾斜,专家们曾为此争论不休。尤其是在14世纪,人们在两种论调中徘徊,比萨斜塔究竟是建造过程中无法预料和避免的地面下沉累积效应的结果,还是建筑师有意而为之。进入20世纪,随着对比萨斜塔越来越精确的测量、使用各种先进设备对地基土层进行的深入勘测,以及对历史档案的研究,一些事实逐渐浮出水面:比萨斜塔在最初的设计中本应是垂直的建筑,但是在建造初期就开始偏离了正确位置。
比萨斜塔之所以会倾斜,是由于它地基下面土层的特殊性造成的。比萨斜塔下有好几层不同材质的土层,各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成,而在深约一米的地
方则是地下水层。这个结论是在对地基土层成份进行观测后得出的。最新的挖掘表明,钟楼建造在了古代的海岸边缘,因此土质在建造时便已经沙化和下沉。
 
比萨斜塔倾斜的原因(比萨斜塔为什么倾斜不倒)插图(2)
 
根据现有的文字记载
在1178年,当钟楼兴建到第4层时发现由于地基不均匀和土层松软,导致钟楼已经倾斜偏向东南方,工程因此暂停。期间的1198年,记载了钟楼内撞钟的存在,这标志着钟楼虽然倾斜,但至少悬挂了一个撞钟,实现了它作为钟楼的初衷。
1231年,工程继续,第一次有记载钟楼使用了大理石。建造者采取各种措施修正倾斜,刻意将钟楼上层搭建成反方向的倾斜,以便补偿已经发生的重心偏离。1278年进展到第7层的时候,塔身不再呈直线,反而向南倾斜约0.6°。塔身为凹形。工程再次暂停。
1292年,Giovanni Pisano用铅垂线测量了钟楼的倾斜度。
1360年,在停滞了差不多一个世纪后钟楼向完工开始最后一个冲刺,并作了最后一次重要的修正。1372年摆放钟的顶层完工。54米高的8层钟楼共有7口钟,但是由于钟楼时刻都有倒塌的危险而没有撞响过。而且一直不断地向下倾斜。建造顶层钟房时倾斜度增加到1.6°。
1817年,两位英国学者Cresy和Taylor用铅垂线测量倾斜,那时的结果是5°。
然而1838年的一次工程导致了比萨斜塔突然加速倾斜,人们不得不采取紧急维护措施。当时建筑师Alessandro della Gherardesca在原本密封的斜塔地基周围进行了挖掘,以探究地基的形态,揭示圆柱柱础和地基台阶是否与设想的相同。这一行为使得斜塔失去了原有的平衡,地基开始开裂,最严重的是发生了地下水涌入的现象。这次工程后的勘测结果表明倾斜加剧了20厘米,而此前267年的倾斜总和不过5厘米。
1838年的工程结束以后,比萨斜塔的加速倾斜又持续了几年,然后又趋于平稳,减少到每年倾斜约0.1厘米,塔身偏离“自然姿势”已有5米多。到了1982年,比萨斜塔只倾斜1毫米,现在它仍以约0.027毫米\年的速度倾斜。
 
比萨斜塔倾斜的原因(比萨斜塔为什么倾斜不倒)插图(3)
 
比萨斜塔倾斜而不倒的原因
比萨塔斜而不倒,其实在建设之初就已经在建筑师的意料之中了。早在19世纪,建筑师拉德斯卡在斜塔地基中钻孔取样,就证实了土壤条件是塔身倾斜的原因。建塔的地方和整个比萨城一样,都处于一条河谷的冲击地上,土壤为粘土和砂土,再下面是潜水层,表面坚固层很薄。当第一位建筑师建筑到第三层时发现倾斜,后来停工等待地基沉降稳定后继续建设。第二位建筑师续建时,又注意到调整倾斜高度,同时采取措施减轻塔身重量。第三位建筑师在建第七层和第八层之间,将钟楼转折,同时吸收了清真寺尖塔的特点,没设楼顶,以此减轻塔身的重量和平衡倾斜。
在实际工作中,许多有关专家对比萨斜塔的全部历史以及塔的建筑材料、结构、地质、水源等方面进行充分的研究,并采用各种先进的仪器设备进行测试。比萨中古史学家皮洛迪教授研究后认为,建造塔身的每一块石砖都是一块石雕佳品,石砖与石砖间的粘合极为巧妙,有效地防止了塔身倾斜引起的断裂,成为斜塔斜而不倒的一个因素。但他仍强调指出,当务之急是弄清比萨斜塔斜而不倒的奥妙。
从事观测该塔的专家盖里教授根据比萨斜塔近几年来倾斜的速度推测出,斜塔将于250年后因塔身的重心超出塔基外缘而倾倒。但是公共事务部比萨斜塔服务局的有关人员,针对盖里教授的看法提出了反驳,认为只按数学方式推算是不可靠的,比萨斜塔是“一个由多种事实交织成的综合性问题”。另一些研究者调查发现比萨斜塔塔身曾一度向东倾斜,尔后又转向南倾斜,他们同样认为该塔在过去几百年间斜而不倒,250年后倒与不倒恐怕不能局限于简单的假设和预测。
当然,最关心斜塔命运的自然是比萨人,尽管他们也对斜塔的倾斜感到担忧,但更多的是骄傲和自豪,为自己的故乡拥有一个自认为可与世界上著名建筑媲美的斜塔而感到自豪。他们坚信它不会倒下,他们有这样一句俗语,比萨塔像比萨人一样健壮结实,永远不会倒下去。他们对那些把斜塔重新纠正竖直的建议最为深恶痛绝。
 
比萨斜塔倾斜的原因(比萨斜塔为什么倾斜不倒)插图(4)
 
比萨斜塔有望挺直腰杆
1990年,随着意大利著名女主持人的公开宣布,比萨斜塔正式对公众关闭。自此之后,意大利政府斥资2500万英镑帮助斜塔矫正骨骼:第一次对于比萨斜塔的抢救性干预是将塔的第一层用18根钢缆环绕捆绑,作为临时结构性加固措施。之后的干预工作转至地下,比萨斜塔底地面已经冻结成冰,150年的古砾岩砖块被压缩变形,所以工作人员将这些砖块用一根大梁和钢筋混凝土替代。1999年,最具决定意义的干预措施展开,比萨塔地基下的土石被挖掘移走,塔的高度由此降低,自然也减少了倾斜程度。
该修复工程于2001年完工,当是塔身已经变直38厘米,从2001年到2013年,塔身垂直倾斜又恢复了2.5厘米。尽管塔身正在渐渐被扶正,不过总体上来看,比萨斜塔依旧呈倾斜状,不过专家认为,只要不出现不可抗拒的自然因素,经过修复的比萨斜塔,300年内将不会倒塌。2001年12月15日起再次向游人开放。
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